Pernahkah terlintas dipikiran Anda bahwa keberadaan manusia bergantung pada gelombang gravitasi? Sebuah tim peneliti yang dipimpin oleh John R. Ellis dari Kings College London mengemukakan bahwa elemen kunci penyusun tubuh kita mungkin berasal dari peristiwa astrofisika yang terjadi karena adanya gelombang gravitasi.
Para peneliti menemukan bahwa unsur iodium dan bromin di Bumi terbentuk melalui proses nuklir khusus yang terjadi saat bintang neutron bertabrakan. Pasangan bintang neutron yang saling mengorbit akan berspiral dan bertumbukan karena emisi energi dalam bentuk gelombang gravitasi. Dengan demikian, mungkin ada hubungan langsung antara keberadaan gelombang gravitasi dengan keberadaan mamalia, termasuk manusia.
Tubuh manusia sebagian besar terdiri dari hidrogen, karbon, dan oksigen, dengan tambahan berbagai elemen jejak lainnya (total ada 20 elemen yang penting untuk kehidupan manusia). Elemen dengan nomor atom kurang dari 35 terbentuk dalam supernova, yaitu ledakan bintang yang telah kehabisan bahan bakar nuklirnya dan runtuh ke dalam. Runtuhan tersebut menghasilkan ledakan yang menyebarkan atom-atomnya ke seluruh alam semesta.
Namun, dua elemen, yaitu iodium dan bromin, terbentuk melalui cara lain. Iodium dibutuhkan dalam hormon penting yang diproduksi oleh tiroid, sedangkan bromin berperan dalam pembentukan struktur kolagen pada perkembangan dan susunan jaringan.
Thorium dan uranium berperan tidak langsung bagi kehidupan manusia. Peluruhan radioaktif mereka di interior Bumi memanaskan litosfer dan memungkinkan adanya aktivitas tektonik. Pergerakan lempeng tektonik memindahkan dan menenggelamkan karbon dari kerak Bumi. Karbon tersebut disingkirkan dari atmosfer melalui reaksi air dengan karbon dioksida dan silikat, sehingga mencegah efek rumah kaca yang tak terkendali seperti yang terjadi di Venus.
Sekitar setengah dari atom unsur berat (lebih berat dari besi) di Bumi terbentuk melalui proses yang disebut “r-process” (proses penangkapan neutron cepat). r-process terjadi ketika inti atom berat menangkap neutron bebas secara berurutan sebelum inti tersebut sempat meluruh (biasanya melalui peluruhan beta).
Dengan densitas neutron bebas yang cukup tinggi (diperkirakan sekitar 10^24 per sentimeter kubik) dan pada suhu yang sangat tinggi (sekitar satu miliar Kelvin), neutron akan diserap dan terbentuklah isotop suatu elemen yang lebih berat.
Ellis dan timnya menghitung bahwa r-process menghasilkan 96% kelimpahan unsur 127I di Bumi, isotop yang penting bagi kehidupan manusia. Selain itu, r-process juga menghasilkan sebagian besar kelimpahan bromin dan gadolinium di kerak Bumi, serta seluruh thorium dan uranium, dan sebagian molibdenum dan kadmium.
Dimana r-process terjadi? Salah satu kemungkinannya adalah material yang terlempar saat rebound dari supernova runtuhan inti bintang, yaitu ledakan bintang yang mendekati akhir masa hidupnya. Namun, masih terdapat ketidakpastian dalam penjelasan detail fisika proses ini.
Salah satu fenomena yang pasti menghasilkan r-process adalah penggabungan dua bintang neutron, yang disebut kilonova. Penggabungan ini secara langsung disebabkan oleh gelombang gravitasi.
Saat pasangan bintang neutron berspiral mendekati satu sama lain selama ratusan juta tahun, mereka memancarkan energi dalam jumlah besar dalam bentuk gelombang gravitasi menjelang akhir. Peristiwa inilah yang terdeteksi sebagai gelombang gravitasi GW170817 pada tahun 2017 di observatorium gelombang gravitasi LIGO dan Virgo di Amerika Serikat. Energi yang dilepaskan bisa sangat besar, mencapai triliunan triliun watt dalam beberapa milidetik terakhir.
Letusan kilonova merupakan tempat penting terjadinya r-process karena bintang neutron hampir seluruhnya terdiri dari neutron. Selain observatorium gelombang gravitasi, detektor lain juga berhasil menangkap GW170817 dalam spektrum elektromagnetik, dan ditemukan bukti spektroskopis dari material yang tercipta dan terlempar dari penggabungan tersebut.
Simpulan penelitian ini menyatakan bahwa iodium yang penting bagi kehidupan manusia “kemungkinan besar dihasilkan oleh r-process dalam tabrakan bintang neutron yang disebabkan oleh emisi gelombang gravitasi,” bersama dengan unsur-unsur berat penting lainnya. Para peneliti mengusulkan pencarian unsur 129I dalam regolith bulan, yang tidak terkontaminasi oleh sumber buatan manusia.
“Tabrakan bintang neutron terjadi karena sistem biner kehilangan energi dengan memancarkan gelombang gravitasi,” kata Ellis. “Jadi fenomena fisika fundamental ini mungkin telah memungkinkan adanya kehidupan manusia.”
Penelitian ini telah dipublikasikan di arXiv.
